仿生蝙蝠扑翼飞行器设计及气动特性分析

研究仿生蝙蝠扑翼飞行器扑翼过程中的气动特性,分析蝙蝠扑翼飞行周期的扑动流程为展开—下扑—收缩—抬升,将飞行器翅翼主要分为驱动机构及折叠机构.运用UG软件进行三维建模后建立数学模型,并利用ADAMS软件仿真验证,分析得到扑翼飞行器运动参数.采用ADAMS-XFlow联合仿真,考察不同翼型、来流速度和扑动频率对气动特性的影响.仿真结果表明,本文设计的扑翼飞行器半椭圆翼飞行参数优于矩形翼;3 m/s的飞行速度为最佳飞行速度;扑动频率应控制在2 Hz.仿真结果能够为扑翼飞行器结构设计选型、飞行环境及飞行参数设定等提供理论参考.     

两段式三自由度仿鸟扑翼飞行器机构设计与仿真分析

针对现有仿鸟扑翼飞行器结构复杂、负载效率低等问题,本文通过将平行四连杆机构和齿轮齿条运动机构相结合,设计了一种新型仿鸟扑翼飞行器扑动机构,可以仅用一个驱动实现扑翼的扑动、折叠和扭转三个自由度的运动。首先,对所提出的新型扑翼机构进行理论分析,得出了扑动角、折叠角和扭转角与驱动角和杆长之间的关系式,并对机构杆长参数进行优化;然后利用ADAMS软件对机构进行仿真分析,得出扑动角、折叠角和扭转角随时间的变化曲线,验证了理论分析的正确性;随后,利用数值分析方法计算了扑翼在一个周期内的升力和推力,对比单自由度扑翼,三自由度扑翼机构气动性能有较大提升;最后,根据所设计的扑翼机构研制出了样机并进行扑动实验,结果显示,单电机驱动下,该机构运行平顺、稳定可靠,扑翼可有效地实现扑动、折叠和扭转。     

昆虫飞行高升力的一种新解释——柔性楔形效应

以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观点,翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是未来仿生扑翼飞行机器人翅翼驱动方式的发展趋势.仿生运动的模拟越简单越容易稳定地实现,实验小组已设计制作了仿生扑翼飞行机器人样机,并成功进行了多次室外放飞.     

基于四杆机构对仿生蜻蜓扑翼飞行器的设计优化与仿真

本文基于四连杆机构提出了一种齿轮连杆运动机构设计方案,用于模仿蜻蜓翅翼的运动,并研究了扑翼机构各参数变化对机构运动轨迹的影响,归纳总结出一些规律,从而为选择出合适的机构参数提供了依据。采用基于优化的机构设计方法对仿生微扑翼机构进行优化设计,确定出各杆件参数和运动参数。然后利用CATIA来对扑翼机构进行运动仿真分析,模拟机构的运动过程,仿真结果与设计要求基本吻合,验证了机构的可行性。     

基于XFlow的仿生扑翼飞行器机翼气动特性分析

通过空间曲柄摇杆结构产生的急回特性来实现仿生飞行器扑翼运动.为了探究仿生扑翼飞行器的气动特性的影响因素,采用玻尔兹曼模型的粒子跟踪方法模拟扑动过程中气动特性,基于计算流体力学仿真软件XFlow对不同翼型、翼展、翼平面形状进行仿真分析并探究对升力和推力的影响.结果表明:翼型弯度和翼展的增大能够增加扑翼飞行器的升力系数,推力系数随着弯度的增大而变小;通过综合分析得到翼展长度在2.5倍弦长时,气动特性最佳;不同翼面形状的机翼具有不同的气动性能,相对于机翼后缘几何形状,前缘对气动特性的影响较大.研究结果为扑翼飞行器机翼的系统设计提供了有益的指导.     

基于空间曲柄摆杆机构的扑翼飞行器驱动机构设计与分析

为了提高扑翼飞行器的飞行性能，借鉴生物的飞行运动特征，设计了一种基于空间摆杆机构的新型多自由度扑翼机构.通过运动学分析建立了扑翼飞行器驱动机构的运动学模型，利用Matlab对驱动机构运动学方程进行求解分析.结果表明：所设计的驱动机构通过单自由度驱动，就能够完成扑动、扭转耦合运动，其中上扑动幅度为64.098°，下扑动幅度为-64.098°，扭转角度为69.422°~99.327°，并且能够输出与生物飞行时翅翼相同的“8”字型轨迹，具有良好的气动性能.     

扑旋柔性翼飞行器驱动机构的设计及动力学建模

为解决传统旋翼飞行器在结构上需要尾梁、尾桨等来平衡扭矩装置所带来的飞行器结构复杂,升力与自身重量之比低,飞行性能不突出等问题,提出了一种扑旋翼结构设计方法,以及利用此方法设计的微小型扑旋翼飞行器.采用电磁铁吸合驱动装置,通过电流方向控制电路实现电流规律正反向变化,从而产生交变电磁力驱动扑翼扑动.同时分析这种扑翼结构的特性,建立扑旋翼机构的结构模型,并应用拉格朗日方程分析建立扑旋翼驱动装置的动力学模型.仿真实验结果表明,采用某一频率的交变电磁力时机翼会产生共振现象,在同等作用力下机翼的扑动角会有一定的增大.     

柔性膜微型扑翼飞行器气动力的数值研究

采用数值法计算了膜扑翼飞行器的气动力,并与实验结果进行了对比.将惯性力和刚性扑翼产生的气动力作为原始载荷,采用有限元法计算了膜扑翼的变形,分析了此变形引起的气动力的变化.与实验结果的对照表明,该计算结果有较好的可靠性.与刚性扑翼相比,膜扑翼对升力的影响不大,但是大大地增大了推力的正峰值,使得推力有较大的增加,从而改善了扑翼飞行器的气动性能.     

基于ProE的空间四连杆仿鸟扑翼机构的受力分析方法

针对仿鸟扑翼机构设计中对空气阻力以及机构零件强度的严格要求,提出了一种基于Pro E的对空间四连杆扑翼机构的受力分析方法。首先,对仿鸟扑翼机构及翅翼进行必要的简化;其次,将机构运动情况和空气阻力引起的阻力矩进行耦合,得出阻力矩关于从动件运动速度的函数;最后在Pro E中设置参数,实现受力分析,并得出可用于校核零件强度的受力分析数据。结果表明,该方法应用于仿鸟扑翼机构的受力分析可以简化设计流程,提高设计效率。     

组合合页式扑翼在悬停状态下的三维仿真分析

通过观察鸟类扑翼飞行的运动特征,研究了一种新型组合合页式扑翼推进技术.介绍了组合合页式扑翼推进技术的基本原理,建立了其运动学和动力学模型;在此基础上,通过联合求解动力学方程和三维纳维斯托克斯方程,对组合合页式扑翼在恒定速度下的低频大行程往复运动进行仿真,以分析组合合页式扑翼在2自由度运动时的运动特征和空气动力学特性.结果表明:所提出的扑翼推进方式在悬停状态下能够产生持续的正升力;在相同的往复速度下,增大运动行程可以降低1个周期内过渡状态所占的比例,但平均升力系数随之减小;当运动频率约为2Hz时,其平均升力系数可以达到3.0以上.     

基于模拟退火算法的垂直轴风机翼型优化设计

为了实现智能优化垂直轴风机翼型的气动特性,提高垂直轴风机的功率系数,通过模拟退火算法作为寻优方法,用气动性能计算工具XFOIL与MATLAB程序下的失速修正模型相结合用来计算翼型优化前后的气动特性;通过CST(class/shape function transformation)翼型建模法构建控制翼型曲线的翼型数学模型,选取翼型的控制参数为设计变量,翼型最大相对厚度以及最大相对厚度所处位置为约束条件,以翼型的最大升阻比为目标函数,建立翼型智能优化算法,并完成了对NACA0018翼型的优化设计.结果表明:优化后翼型的气动性能得到提高;最大升力系数提高了2％,升阻比的峰值提高了5.22％,最大切向力系数提高了6.77％.可见优化后翼型的失速性能得到了有效改善.     

某型飞机拦阻系统建模分析及仿真实现

文章从理论上建立了某型飞机拦阻系统的仿真数学模型，并使用该数学模型针对三种不同的控制机构参数，仿真结果表明了该模型能够反映飞机被拉阻的真实过程，为拉阻系统的设计分析提供了有效工具。该仿真模型运行于MATLAB环境下SIMULINK软件中。     

电液负载模拟器神经网络辨识器及控制器设计

针对传统控制方法无法解决飞机舵机电液负载模拟器受多余力等非线性因素严重干扰的问题,给出了一种基于神经网络辨识器及控制器的复合控制结构,结合了神经网络系统辨识与自适应实时控制的工作特点。根据电液负载模拟器控制结构及工作原理,采用BP神经网络辨识器在线辨识,获得系统辨识模型以替代理论数学模型。然后,采用Adaline神经网络控制器实时控制,利用系统误差信号与BP神经网络反向递归计算Adaline网络权值调整信息,获得系统控制参数,实现复合控制器的有效监督与智能控制。最后利用MATLAB进行实验验证,仿真结果表明：该方法能够提高系统控制精度,多余力消扰率达92%;并且可以有效模拟飞机舵机所受力载荷的变化情况,实现系统指令信号快速、准确、稳定的加载。     

飞行器概念设计中多学科优化模型的研究

多学科优化技术的发展有效地提高了飞机的设计水平,同时提高了设计人员对非常规布局飞机的设计能力。以一种双后掠飞翼布局飞机为研究对象,建立新的优化模型对其进行气动、结构优化。优化过程分为系统级优化和学科级优化。在系统级优化中,航程定义为飞机全局性能指标。在学科级优化模型中,把升阻比和展向气动载荷分布的综合气动性能作气动学科优化目标,结构重量作为结构优化目标。优化结果表明,优化模型可以高效的运行,优化方案更接近最优解。     

全机结构疲劳试验载荷优化技术模拟研究

在全机疲劳试验中,需要将模拟飞机数倍寿命内不同起落不同飞行状态的试验设计载荷转化为用一套加载设备连续施加的试验载荷。本文就此问题建立了试验载荷优化处理的数学模型,模型为多任务目标的非线性规划优化模型,优化模型的目标函数综合考虑了弯矩、剪力和扭矩误差,并引入加权系数,以期针对不同部件调节弯、剪、扭误差所占比重。模型用MATLAB的Fmincon函数求解。该方法简化了全机疲劳试验载荷优化处理,并已成功应用于某型飞机全机疲劳试验中。     

基于MSC.PATRAN的壁板结构强度校核系统

在得到飞机壁板结构的有限元分析结果之后,需要利用工程方法对此计算结果进行评估,最终得到壁板结构的强度评估结果。以有限元软件MSC.Patran为平台,利用其二次开发语言PCL(PATRAN Command Language),通过自动加载编译函数文件、用户自定义菜单和图形界面和读取结果等技术,开发了飞机壁板结构强度校核系统。使用此系统对某些典型的壁板结构案例进行了分析,结果表明该程序不仅能够满足较大范围内的各种飞机壁板结构的强度校核要求,而且还可以大大提高飞机设计者的工作效率。     

基于Matlab的燃气轮机热参数故障诊断的标准数学模型建立

针对燃气轮机标准数学模型建立过程中难以得到解析关系式的问题,提出了Matlab回归函数法的新型建模思路;并以某型三轴燃气轮机压气机部分为例,对此方法进行了验证与说明.此外,推导出的数学模型可用于燃气轮机的无故障状态参数的计算.     

基于径向基神经网络的薄板平整轧制力预报模型

冷轧薄板在平整轧制时具有轧件厚度薄、压下率小的特点,其平整轧制力往往计算困难,精度难以保证.针对上述情况,提出一种基于参数修正的轧制力数学模型来计算其平整轧制力.同时,为进一步提高计算精度,运用RBF(Radial Basis Function)神经网络来预测该平整轧制力数学模型的计算误差,并将该误差与数学模型的计算值相结合,完成对其的修正.离线仿真结果表明,薄板平整轧制力数学模型在经过自身修正参数及RBF神经网络的2次修正后,计算精度可达到6%以内,具有较高的工程应用价值.     

基于MATLAB和SolidWorks的高阶椭圆齿轮参数化建模系统

针对高阶椭圆齿轮设计与建模过程比较繁琐的问题,进行高阶椭圆齿轮参数化设计与建模系统的研究。根据齿轮拟合传动特性推导出节曲线数学模型,依据加工原理法推导出齿轮齿廓的数学模型;使用MATLAB对节曲线和齿轮齿廓进行仿真,仿真结果用于程序参数校验以保证齿轮设计参数满足啮合要求;采用组件对象模型技术（COM）技术对SolidWorks进行二次开发,使程序能够根据仿真结果自动绘制齿轮三维模型;通过GUI完善交互界面的设计,使程序能够独立地驱动SolidWorks和MATLAB。以实际工程问题为例,计算并绘制出一对高阶椭圆齿轮拟合的三维模型,结果表明开发的程序能够大大节省高阶椭圆齿轮设计的时间,提高机械设计效率。     

基于MATLAB的沥青混合料配合比优化设计

在传统的沥青混合料矿料级配设计方法中,人工计算繁琐而且容易出现问题.应用MATLAB软件进行沥青混合料配合比优化计算,进而可以求出矿质混合料中各种集料的用量.利用MATLAB的绘图功能,在计算级配同时可以绘制出级配曲线,所编制的程序简单明了,计算结果收敛稳定,可以方便的计算集料的配合比.